小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置的制作方法

本發明涉及一種小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置。

背景技術：

流體流阻調節的主要內容是通過特定的調節手段，實現流體元器件工作參數的調整、流量測量、水擊抑制以及元器件流動特性個體差異補償和匹配等。

近年來，南京工業大學研究了多路換向閥中異形閥口的節流特性，其中U形閥口在開度較大時容易發生流量飽和，而V形閥口對流量的可控性較強。同濟大學在對比研究了多種異形節流截面形狀后，提出了一種新型圓柱形變截面緩沖結構，研究表明，該結構具有緩沖效果好、設計計算方便、結構簡單、加工方便的優點，能夠應用于大多數液壓油缸的設計。在化工領域，天津化工設計院針對大尺度管道流動，基于傳統標準單孔孔板結構，開展了多孔孔板的研究，通過增設函數孔，形成流動的對稱結構，抑制了渦流，從而提高流場的穩定性，降低流動的振動和噪聲。在航天器空間推進技術領域，目前相關的研究工作主要集中在氣路減壓閥的研究上，氣路減壓閥是設計非常巧妙的氣體節流與控制組件，通過高壓腔、低壓腔以及低壓調節腔的設計，形成壓力反饋機制，自動實現高壓氣體的節流和穩定。關于液路節流孔板的研究極少，各型號大多采用標準單孔孔板結構，根據具體的安裝形式，設計合適的外圓尺寸、孔板厚度，根據節流參數，設計合理的節流孔孔徑和長徑比，必要時在孔板外緣集成設計螺紋安裝結構。上海空間推進研究所針對某小推力發動機模塊機組，進行了節流孔板安裝形位公差的研究，得到了特定結構下，孔板兩端面平行度、安裝間隙大小等參數對節流穩定性的影響。上海空間推進研究所以某型號大批量生產需求為牽引，開展了節流孔流阻影響因素的分析與試驗，結果顯示節流孔徑及其公差是影響流阻變化的主要因素，且當節流孔徑逐漸增大時，孔徑公差對流阻的影響越來越小，收嚴節流孔徑的公差能提高節流圈流阻的一致性。

隨著航天器日益向小型化、高精度、模塊化、型譜化方向發展，傳統的小推力液體姿控發動機機組液路節流孔板方案面臨諸多挑戰，比如，傳統節流孔板，對于微小流量的適應性差，節流能力不足，孔板微小型化之后，調試操作的工藝性差，且節流的性能不穩定；傳統節流孔板，無法實現深度節流，嚴重制約了發動機組件在不同型號之間的通用化；傳統節流孔板，受其圓盤形外形的影響，一般安裝在閥后，在高壓系統中起不到弱化水擊的作用，如果要安裝在閥前，則需要專門的機械接口，結構復雜。迫切需要開發新型節流裝置，滿足航天器空間推進技術發展的需求。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置，具有深度節流的能力，且具有整流效果好、結構緊湊、抑制水擊、工藝性好的特點。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置，包括推力室殼體槽道、Z字形環狀節流孔板和電磁閥，所述推力室殼體槽道上設置有推進劑進口孔和出口孔，并設置有用于安裝Z字形環狀節流孔板的推力室閥前環形集液腔，所述閥前環形集液腔處于電磁閥進口之前，所述電磁閥后可選擇性安裝閥后節流孔板。

所述推進劑進口孔為一個細長孔，一端連接推進劑供應系統，一端與推力室閥前環形集液腔連通，推力室閥前環形集液腔是一個環形槽道，用于安裝Z字形環狀節流孔板，推進劑出口孔為兩個小孔連接而成，兩孔軸線成90度角。

所述推力室殼體槽道包括一個臺階孔結構的閥門安裝槽。

所述Z字形環狀節流孔板上設置有外定位環、內定位環、錐形分割環和節流小孔，所述Z字形環狀節流孔板安裝在推力室殼體槽道的閥前環形集液腔內，閥前環形集液腔處于電磁閥進口之前，所述外定位環為一個薄壁圓柱結構，所述外定位環的薄壁圓柱結構的外壁面與推力室閥前環形集液腔的外壁面間隙配合，所述外定位環的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環連接成一體，另一端與電磁閥的進口面貼合，所述內定位環也是一個薄壁圓柱結構，所述內定位環的薄壁圓柱結構的內壁面與推力室閥前環形集液腔內壁面間隙配合，所述內定位環的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環連接成一體，另一端而與推力室閥前環形集液腔的封閉端貼合。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述推進劑進口孔的孔徑為0.15～0.5mm。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述環形槽道的內徑尺寸為6～10mm，外徑尺寸為9～15mm。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述Z字形環狀節流孔板的外定位環和內定位環共同起到Z字形環狀節流孔板的軸向和徑向兩個維度的固定和限位作用。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述錐形分割環將所述推力室閥前環形集液腔一分為二。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述節流小孔分布在錐形分割環的錐面上。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述錐形分割環的厚度為節流小孔最大孔徑的3倍以上，錐角選取在20度至160度之間。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述節流小孔包括單孔、多孔或組合孔布局。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述節流小孔的布局采取多種孔徑、多種布局、多個數目的方案。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述Z字形環狀節流孔板與電磁閥傳統的閥后節流孔板組合使用。

進一步的，在上述流阻調節裝置中，所述Z字形環狀節流孔板的尺寸比傳統的閥后節流孔板大4～5倍。

與現有技術相比，本發明具有深度節流的能力，且具有整流效果好、結構緊湊、抑制水擊、工藝性好的特點。本發明由于設計了Z字形環狀節流孔板，增加了節流孔設計和布局的自由度，有利于提高節流能力和節流的穩定性，Z字形環狀節流孔板與推力室閥前環形集液腔配合使用，方便可靠地實現了閥前節流方案，有利于抑制高壓系統的水擊效應，確保發動機工作平穩可靠。Z字形環狀節流孔板與電磁閥傳統的閥后節流孔板配合使用，可以實現小推力發動機的深度節流，提升了發動機的通用化程度，同時，也可以實現微小推力發動機微小流量的有效節流。Z字形環狀節流孔板的尺寸比傳統孔板大4～5倍，且不需要螺紋連接和專門的固定裝置，孔板安裝和調試的工藝性好。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1是本發明一實施例的小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置的裝配圖；

圖2是本發明一實施例的小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置的推力室殼體槽道結構圖；

圖3是本發明一實施例的Z字形環狀節流孔板結構的截面圖；

圖4是本發明一實施例的Z字形環狀節流孔板結構的俯視圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

如圖1所示，本發明提供一種小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置，包括推力室殼體槽道1、Z字形環狀節流孔板2和電磁閥3，其中，

圖2所示，推力室殼體槽道1上設置有推進劑進口孔4、推力室閥前環形集液腔5、閥門安裝槽6和推進劑出口7。推進劑進口孔4為一個細長孔，一端連接推進劑供應系統，一端與推力室閥前環形集液腔5連通。推力室閥前環形集液腔5是一個環形槽道，用于安裝Z字形環狀節流孔板2。閥門安裝槽6為一個臺階孔結構，推進劑出口孔7為兩個小孔連接而成，兩孔軸線成90度角。在此，推進劑進口孔、環形集液腔、出口孔、閥門安裝槽集成設計在推力室殼體上，布局緊湊、結構簡單。

圖3、圖4所示，Z字形環狀節流孔板2上設置有外定位環8、內定位環9、錐形分割環10和節流小孔11。Z字形環狀節流孔板2安裝在推力室殼體槽道1的閥前環形集液腔5內，閥前環形集液腔5處于電磁閥3進口之前。外定位環8為一個薄壁圓柱結構，外定位環8的薄壁圓柱結構的外壁面與推力室閥前環形集液腔5的外壁面間隙配合。外定位環8的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環10連接成一體，另一端與電磁閥3的進口面貼合。內定位環9也是一個薄壁圓柱結構，內定位環9的薄壁圓柱結構的內壁面與推力室閥前環形集液腔5內壁面間隙配合。內定位環9的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環10連接成一體，另一端而與推力室閥前環形集液腔5的封閉端貼合。在此，Z字形環狀孔板安裝所需的環形集液腔設置在閥前，不屬于推力室的滴淌容積，因而不影響發動機的響應時間。Z字形環狀孔板安裝在閥前，因而閥門入口壓力降至最低，有利于降低水擊的影響。

本發明的小推力液體姿控發動機機組的流阻調節裝置的一優選的實施例中，推進劑進口孔4的孔徑為0.15～0.5mm。環形槽道的內徑尺寸為6～10mm，外徑尺寸為9～15mm，保證集液腔開放端正對閥門進口面，集液腔深度由Z字形環狀節流孔板的軸向長度確定，同時兼顧推進劑進口布局的可行性。

Z字形環狀節流孔板2的外定位環8和內定位環9共同起到Z字形環狀節流孔板2的軸向和徑向兩個維度的固定和限位作用。

錐形分割環10將推力室閥前環形集液腔5一分為二。

節流小孔11分布在錐形分割環10的錐面上。

錐形分割環10的厚度根據設計計算獲取，原則是保證其厚度是節流小孔11最大孔徑的3倍以上，錐角一般可選取在20度至160度之間，由具體結構確定。

節流小孔11包括單孔、多孔或組合孔布局。

根據節流參數的需求，節流小孔11可以是單孔或按一定分布規律排布的多孔結構，可以是一種孔徑或是多種孔徑組合分布結構。在此，節流孔布置范圍大，允許采取多種孔徑、多種布局、多個數目的方案，大大擴展了孔板節流、穩流、流量均衡分配的作用。

Z字形環狀節流孔板的尺寸比傳統孔板大4～5倍。

Z字形環狀節流孔板與電磁閥傳統的閥后節流孔板組合使用，實現真空推力小于等于5N的小推力發動機微小流量的有效節流，實現小推力發動機微小流量推進劑的深度節流能力。在此，如果發動機為流量很小的微小推力發動機真空推力小于等于5N，或者小推力發動機需適應不同型號入口壓力需求，直接借用現有產品。需進行深度節流時，Z字形環狀孔板可與傳統的閥后節流孔板配合使用，實現微小流量有效節流和小流量深度節流的功能。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。